发电机组保护教材培训.docx
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发电机组保护教材培训
发电机组保护培训教材
一、电气量保护。
1、发电机差动（主）（全停）
2、发变组差动（主）（全停）
3、定子接地（信号）①3U0（信号）
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②3W（信号）
4、主变间隙过流过压（解列灭磁）
5、主变零序电流①主变零序电流I段t1（解列灭磁）
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②主变零序电流I段t2（未用信号）
③主变零序电流II段t1（解列灭磁）
④主变零序电流II段t2（全停）
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6、主变通风2.36A70%额定电流（启动通风）
7、电超速（未用）
8、失磁保护①失磁t1。
8分钟（解列）
②失磁t2。
1.5S（切换厂用）
③失磁t3。
4.0S（解列）
9、发电机复合低压过流①t13.5S跳母联（未用）
②t23.8S（全停）
10、发电机反时限对称过流①对称过负荷（定）（信号）
②对称过负荷（反）（解列）
11、发电机反时限负序过流①不对称过负荷（定）（信号）
②不对称过负荷（反）（解列）
12、发电机定子匝间保护①灵敏段0.5S跳母联（全停）
②次灵敏段（全停）
13、发电机转子保护①转子一点接地（信号）
②转子两点接地（全停）
14、励磁变保护①励磁变速断（励磁变主）（全停）
②励磁变过流（全停）
二、非电量保护
16、主变瓦斯①重瓦斯（主）（全停）
②轻瓦斯（信号）
17、事故紧急停机按钮（全停）
18、主变冷却器全停，①t1油温＞70℃15（全停）
②t2油温＜70℃50（全停）
19、汽机联跳（全停）
20、线路联跳（全停）
21、主变油温（信号）
22、主变油位（信号）
23、主变压力释放（信号）
24、励磁变温度（信号）
三、闭锁、逻辑类信号
22、PT断线（信号）
23、CT断线（信号）
24、装置故障（信号）
25、保护直流消失
名词、术语：
什么是继电保护的“远后备”？
“远后备”是指：
当元件故障而其保护装置或开关拒绝动作时，由各电源侧的相邻元件保护装置动作将故障切开。
什么是继电保护的“近后备”？
“近后备”是指：
用双重化配置方式加强元件本身的保护，使之在区内故障时，保护拒绝动作的可能性减小，同时装设开关失灵保护，当开关拒绝跳闸时，启动它来切除与故障开关同一母线的其他开关，或遥切对侧开关。
低电压？
“低电压”是指：
电压低于额定电压70%
负序电压？
“负序电压”是指：
负序电压大于4V以上
复合电压（复合低电压）？
复合电压（又称复合低电压）于低电压、负序电压是或的关系，
保护出口方式？
全停：
主变高压侧开关、灭磁开关、关主汽门、厂高变高压侧开关、各厂变低压侧开关、启动快切。
解列灭磁：
主变高压侧开关、灭磁开关、厂高变高压侧开关、各厂变低压侧开关、启动快切。
解列：
主变高压侧开出口方式
启动快切：
启动快切A、B分支快切装置，切换厂用电至启备变。
信号：
仅发报警信号
一、发电机纵差动保护
保护构成原理
发电机纵差保护，按比较发电机中性点TA与机端TA二次同名相电流的大小及相位构成。
以一相差动为例，并设两侧电流的正方向指向发电机内部。
图1-1为发电机完全纵差保护的交流接入回路示意图，图1-2为发电机定子绕组每相二分支的不完全纵差保护的交流接入回路示意图。
图1-1发电机完全纵差保护交流接入回路示意图
图1-2发电机不完全纵差保护交流接入回路示意图
动作方程
式中Id――动作电流（即差流），
IZ――制动电流，
差流为两侧电流的差值（数值差），制动电流为两侧电流的和值的一半。
IT——发电机机端TA三相二次电流；7LH
IN——发电机中性点TA三相二次电流；2LH
保护逻辑框图原理：
保护采用比率制动原理，出口设置为循环闭锁方式，保护逻辑见图1-3。
因为发电机中性点一般不直接接地，当发电机差动区内发生相间短路故障时，有两相或三相差动同时动作出口跳闸；而当发电机发生一相在区内接地另一相在区外同时接地故障，只有一相差动动作，但同时有负序电压，保护也出口跳闸。
如果只有一相差动动作无负序电压，判断为TA断线。
图1-3发电机纵差动保护逻辑图（循环闭锁出口方式）
2.5定值整定
定值名称
定值符号
整定范围
定值
单位
出口方式
制动系数
Kz
0.1~1.8
0.5
*
全停
启动电流
Iq
0.05~10
1.66
A
拐点电流
Ig
0.5~10
3.95
A
负序电压
U2
1~30
6
V
速断倍数（*Ie）
Is
1~20
7
倍数
解除TA断线
功能差流倍数（*Ie）
Ict
0.8~1.2
倍数
额定电流（*Ie）
IN
0.5~8
4.15
A
（1）比率制动系数Kz（曲线斜率）
Kz应按躲过区外三相短路时产生的最大暂态不平衡差流来整定（即图6-1-3中的斜线通过出口区外故障最大差流对应点）。
通常，对发电机完全纵差Kz=0.3~0.5
对于不完全纵差保护，当两侧差动TA型号不同时，取Kz=0.5，以躲过区外故障因两侧TA暂态特性不同及转子偏心而造成的不平衡差流等。
（2）启动电流Iq
按躲过正常工况下最大不平衡差流来整定。
不平衡差流产生的原因：
主要是差动保护两侧TA的变比误差，保护装置中通道回路的调整误差。
对于不完全纵差，尚需考虑发电机每相各分支电流的不平衡。
一般Iq=（0.3~0.4）Ie
（3）拐点电流Ig
Ig的大小，决定保护开始产生制动作用的电流大小，建议按躲过外部故障切除后的暂态过程中产生的最大不平衡差流整定。
不完全纵差取值要大一点。
一般Ig=（0.5~0.8）Ie。
（4）负序电压U2
解除循环闭锁的负序电压（二次值）。
可取U2=（9~12）V。
1TV
（5）差动速断倍数Is
对于发电机的差动速断，其作用相当于差动高定值，应按躲过区外三相短路时产生的最大不平衡差流来整定。
为可靠，建议Is=4~8（倍）。
（6）解除TA断线功能差流倍数Ict
通常Ict=0.8~1.2（倍）。
（7）发电机额定电流Ie
6645
二、发变组差动
变压器纵差动保护，是变压器内部及引出线上短路故障的主保护，它能反应变压器内部及引出线上的相间短路、变压器内部匝间短路及大电流系统侧的单相接地短路故障。
另外，尚能躲过变压器空充电及外部故障切除后的励磁涌流
保护构成原理
变压器纵差保护，按比较变压器各侧同名相电流之间的大小及相位构成。
以三卷变压器为例，其一相差动的交流接入回路示意图如图2-1所示。
图2-1变压器差动保护交流接入回路示意图
变压器纵差保护由三个部分构成：
差动元件、涌流判别元件及差动速断元件。
（a）差动元件
（1）动作方程
式中
Id――动作电流（即差流），
Iz――制动电流，
（2）动作特性
根据动作方程公式，作出变压器纵差保护差动元件动作特性图2-2，有两部分构成：
无制动部分和比率制动部分。
速断动作区为差动速断元件动作特性。
图2-2变压器差动保护动作特性
（b）涌流判别元件
本装置提供两种励磁涌流判别方法：
二次谐波制动原理和波形对称原理。
在装置定义下载时，可以根据用户要求选择其中一种。
（1）二次谐波制动原理
比较各相差流中二次谐波分量对基波分量百分比（即I2ω/I1ω）与整定值的大小。
当其大于整定值时，认为该相差流为励磁涌流。
闭锁差动元件。
判别方程（制动方程）
动作方程:
其中：
I2ω、I1ω——某相差流中的二次谐波电流和基波电流
——整定的二次谐波制动比
IN为二次CT额定电流
（2）波形对称原理
通常，励磁涌流的波形是偏于时间轴一侧且有间断的波形，其正、负半周的波形相差甚大。
波形对称原理的实质是：
比较一个周波内电流正半波与负半波的波形是否与横轴对称。
根据两个波形的差异程度，来识别形成差流的原因（是内部故障还是励磁涌流），当识别到差流是由励磁涌流产生时，立即闭锁差动元件。
（c）差动速断元件
差动速断元件，其动作不受差流波形畸变或差流中谐波的影响，而只反应差电流的有效值。
当某一相差流的有效值大于整定值时，立即作用出口。
保护构成原理
保护采用比率制动原理，见图2-3。
为防止变压器空投及其他异常情况时变压器励磁涌流导致差动误动，比较各相差流中二次谐波分量对基波分量比（即I2ω/I1ω）的大小，当其大于整定值时，闭锁差动元件。
当差流很大，达到差动速断定值时，直接出口跳闸。
同时设置专门的TA断线判别环节，若判别差流是TA断线所致，发TA断线信号，并可选择是否闭锁差动保护出口。
图2-3发变组纵差保护逻辑框图
定值整定（折算到基准侧）
定值名称
定值符号
定值范围
定值
单位
出口方式
启动电流
Iq
0.05~10
1.78
A
全停
比率制动系数
Kz
0.1~1.8
0.5
*
二次谐波制动系数
η
0.05~1
0.15
*
拐点电流
Ig
0.5~10
4.45
A
速断倍数
Is
1~20
7
倍数
解除CT断线判别倍数
Ict
0.1~3
1.2
倍数
额定电流
IN
0.5~8
4.445
A
CT断线闭锁差动控制符
CT（1或0）
*
注：
CT断线闭锁差动控制符：
1为闭锁，0为不闭锁。
（1）比率制动系数Kz（曲线斜率）
比率制动系数Kz整定原则，按躲过变压器出口三相短路时产生的最大暂态不平衡差流来整定（即过拐点的斜线通过出口区外故障最大差流对应点的上方）。
标积制动系数与比率制动系数的取值基本相同。
一般
Kz=0.4~0.5
（2）启动电流Iq
整定原则：
能可靠躲过变压器正常运行时的最大不平衡差流。
一般
Iq=（0.4~0.5）Ie
（3）拐点电流Ig
变压器各侧差动TA的型号及变比不可能相同。
因此，各侧TA的暂态特性的差异较大。
为躲过区外远处故障或近区故障切除瞬间产生较大不平衡差流的影响，建议拐点电流：
Ig=（0.5~0.7）Ie
（4）二次谐波制动比η
空投变压器时，励磁涌流的大小、二次谐波分量的多少或波形畸变程度，与变压器的容量、结构、所在系统中的位置及合闸角等因素有关。
为了使差动保护能可靠地躲过变压器空投时的励磁涌流，又能确保在变压器内部故障时故障电流波形有畸变（含有二次谐波分量）时，差动保护能可靠动作，应根据被保护变压器的容量、结构及在系统中的位置，整定出适当的二次谐波制动比。
一般
η=0.13~0.2
对容量较大的变压器，可取0.16~0.18；对大型发电机变压器组（发电机机端没有断路器），可取0.18~0.20；对于距主电源较近的中小型变压器（例如启备变等），可取0.13~0.15。
（5）差动速断倍数Is
变压器差动速断动作倍数的整定原则，应按躲过变压器空投时的励磁涌流或外部短路时最大不平衡差流来整定。
而变压器励磁涌流的大小与变压器的容量、结构、所在系统中的位置等均有关。
一般
Is=4~10（倍）
对于大容量变压器，可取4~6；对于大型发电厂内容量较小的变压器，可取8~10；而对于远离系统的大型变压器及其中间无开关的发电机变压器组，可取4。
（6）解除TA断线功能差流倍数Ict
差流大于Ict整定值时，解除TA断线判别环节。
一般TA断线引起的差流小于最大负荷电流，故Ict=0.8~1.1（倍）
TA二次回路开路是危险的，特别是大容量变压器TA二次开路，将会造成TA绝缘损坏、保护装置或二次回路着火，还将危及人身安全。
因此，建议去掉TA断线判别功能，即
Ict=0.1~0.2（倍）
（7）变压器额定电流Ie
变压器各侧的额定电流（TA二次值）往往是不同的。
定值清单中的额定电流是指基准侧的额定电流。
三、发电机发电机定子接地
国家规定发电机出口系统电容电流小于5A配置作用于信号的接地保护，发电机出口系统电容电流小于5A配置作用于信号的跳闸保护；我厂125MW机组电容电流小于5A，配置作用于信号的接地保护。
1、发电机3U0定子接地保护（3U0t原理）
保护原理
保护采用基波零序电压式，范围为由机端至机内90％左右的定子绕组单相接地故障。
可作小机组的定子接地保护，也可与三次谐波保护合用，组成大中型发电机的100％定子接地保护。
保护接入3U0电压，取自发电机机端TV开口三角绕组两端，或取自发电机中性点单相TV（或配电变压器或消弧线圈）的二次。
当零序电压式定子接地保护的输入电压取自机端TV开口三角形绕组时，为确保TV一次断线时保护不误动，需引入TV断线闭锁。
保护逻辑框图如图3-1所示。
图3-1发电机3U0定子接地保护逻辑图
定值整定
定值名称
定值符号
定值范围
定值
单位
出口方式
零序电压
3U0g1
0.1~100
10
V
————
延时
t11
0.1~5000
5
S
信号
2、发电机3W定子接地保护
保护原理
保护反应发电机机端和中性点侧三次谐波电压大小和相位，反应发电机中性点向机内20％或100％左右的定子绕组单相接地故障，与发电机3U0定子接地保护联合构成100％的定子接地保护。
见图3-2：
图3-2发电机定子接地3W保护逻辑
定值整定
定值名称
定值符号
定值范围
定值
单位
出口方式
调整系数
K1
-5~5
-.0034
——
————
调整系数
K2
-5~5
-.0112
——
————
调整系数
K3
-5~5
0
——
————
延时
t1
0
0
S
信号
K1，K2，K3整定方法及试验：
开机带负荷整定
四、主变间隙过流过压
构成原理
保护反映变压器中性点间隙零序电流及大电流系统侧母线TV开口三角电压的大小。
当间隙电流或变压器系统侧母线TV开口三角电压超过整定值时，经延时动作，切除变压器。
保护原理
保护的接入电流为间隙零序TA二次电流，接入电压为系统母线TV二次开口三角电压，当变压器中性点不接地时自动投入运行。
其逻辑框图如图4-1所示。
图4-1变压器间隙保护逻辑图
定值清单及取值建议
定值整定
定值名称
定值符号
定值范围
定值
单位
出口方式
间隙零序电流定值
3I0jxg1
0.5~50
1.8
A
-------
零序电压定值
3U0g1
1~200
180
V
-------
延时t11
t11
0.1~100
0.5
S
解列灭磁
五、主变零序电流
变压器零序电流保护，反映变压器Y0侧零序电流的大小，是变压器接地短路的后备保护，也兼作相邻设备接地短路的后备保护。
构成原理
保护的接入电流可取变压器中性点TA二次电流，或引出端TA二次零序电流，或由TA二次三相电流进行自产。
当零序电流大于整定值时，经延时作用于信号及出口。
零序电流保护最大选配为二段四延时，可通过下载方便选用。
逻辑框图
二段式变压器零序电流保护的逻辑框图如图5-1所示
图5-1变压器零序电流保护逻辑框图
定值整定及取值建议
定值名称
定值符号
定值范围
定值
单位
出口方式
电流定值
3I0g1
0.1~80
23
A
-------
延时
t11
0.1~100
2.7
S
解列灭磁
延时
t12
0.1~100
-------
S
-------
电流定值
3I0g2
0.1~80
5.5
A
-------
延时
t21
0.1~100
3.3
S
解列灭磁
延时
t22
0.1~100
3.6
S
全停
二段式变压器零序电流保护的定值清单列于表6-29。
（1）零序I段的整定
动作电流3I0g1应按照相邻线路首端接地故障时变压器提供的零序电流来整定，且考虑与相邻线路接地保护的I段定值相配合。
动作延时t11应与相邻线路接地I段保护最长动作延时相配合，即
t11=t1，+Δt
式中t1，——相邻线路各接地保护中I段的最长动作时间；
Δt——时间级差，取0.3~0.5秒。
动作延时t12=t1+Δt
另外，要求：
t12不大于2秒。
（2）零序II段的整定
零序过流II段的动作电流3I0g2，应按照相邻线路下一级线路接地故障时变压器提供的零序电流来整定，且与相邻线路接地保护的后备段相配合。
动作延时t21应与相邻线路接地保护II段的动作延时相配合。
t21=t2，+Δt
式中t2，——相邻线路接地保护II段动作延时。
六、主变通风
主变高压侧电流大于额定电流70%，启动主变辅助冷却器
保护反映变压器高压侧电流的大小。
当电流超过额定电流值，经延时动作于信号或作用于启动通风。
保护一般引入一相电流，保护逻辑框图如图6-1所示
图6-1变压器通风保护逻辑框图
定值整定
定值名称
定值符号
定值范围
定值
单位
出口方式
电流定值
Ig.1
0.1~35
2.36
A
————
延时
t11
0.1~5000
10
S
信号
七、电超速（未用）
保护原理
在DGT801系列装置中，设置低电流保护模块。
低电流保护与其他辅助接点（例如：
开关的辅助接点及热工表计接点等）构成开关遮断容量判别及发电机电超速保护等。
保护反映三相电流的大小，当三相电流同时低于整定值时动作。
保护的构成逻辑框图如图7-1所示。
图7-1低电流保护逻辑框图
定值整定
定值名称
定值符号
定值范围
定值
单位
出口方式
电流定值
Ig.1
0.1~35
1
A
————
延时
t11
0.1~5000
0.5
S
信号
八、失磁保护（DGT801）
保护原理
正常运行时，若用阻抗复平面表示机端测量阻抗，则阻抗的轨迹在第一象限（滞相运行）或第四象限（进相运行）内。
发电机失磁后，机端测量阻抗的轨迹将沿着等有功阻抗园进入异步边界园内。
失磁还可能进一步导致机端电压下降或系统电压下降。
阻抗型失磁保护，通常由阻抗判据（Zg＜）、转子低电压判据（Vfd＜）、机端低电压判据（Ug＜）、系统低电压判据（Un＜）及过功率判据（P＞）构成。
保护输入量有：
机端三相电压、发电机三相电流、主变高压侧三相电压（或某一相间电压）、转子直流电压。
失磁保护由发电机机端测量阻抗判据、转子低电压判据、变压器高压侧低电压判据、定子过流判据构成。
一般情况下阻抗整定边界为静稳边界圆，但也可以为其它形状。
当发电机须进相运行时。
如按静稳边界整定圆整定不能满足要求时，一般可采用以下三种方式之一来躲开进相运行区。
a）下移阻抗圆，按异步边界整定
b）采用过原点的两根直线，将进相区躲开。
此时，进相深度可整定。
c）采用包含可能的进相区（圆形特性）挖去将进相区躲开
转子低电压动作方程：
式中
Vfd——转子电压计算值
Vfl.dz——转子低电压动作值
Vfdo——发电机空载转子电压
SN——发电机额定功率
Kf——转子低电压系数
P——发电机出力
Pt——发电机反应功率
下面以静稳边界判据为例说明失磁保护原理构成
转子低电压判据满足时发失磁信号，并输出切换励磁命令，此判据可以预测发电机是否因失磁而失去稳定，从而在发电机尚未失去稳定之前及早地采取措施（切换励磁等），防止事故的扩大。
对于无功储备不足的系统，当发电机失磁后，有可能在发电机失去静稳之前，高压侧电压就达到了系统崩溃值，所以转子低电压判据满足并且高压侧低电压判据满足时，说明发电机的失磁已造成了对电力系统安全运行的威胁，经“与2”电路发出跳闸命令，迅速切除发电机。
转子低电压判据满足并且静稳边界判据满足，经“与3”电路发出失稳信号此信号表明发电机由失磁导致失去了静稳，当转子低电压判据在失磁中拒动（如转子电压检测点到转子绕组之间发生开路时），失稳信号由静稳边界判据产生。
汽轮机在失磁时允许异步运行一段时间，此间过流判据监测汽轮机的有功功率，若定子电流大于1.05倍的额定电流，表明平均异步功率超过0.5倍的额定功率，发出压出力命令，压低发电机的出力，使汽轮机继续作稳定异步运行，稳定异步运行一般允许2min~15min（t1），所以经过t1之后再发跳闸命令。
在t1期间运行人员可有足够的时间去排除故障，重新恢复励磁，这样就避免了跳闸，这对经济运行具有很大意义。
如果出力t2内不能压下来，而过电流判据又一直满足，则发跳闸命令以保证发电机本身的安全。
对水轮机，因不允许异步运行，t1可整定很小，当失稳信号发出后立即经过一个短延时t1发跳闸命令。
保护方案体现了这样一个原则：
发电机失磁后，电力系统或发电机本身的安全运行遭到威胁时，将故障的发电机切除，以防止故障的扩大。
在发电机失磁而对电力系统或发电机的安全不构成威胁时（短期内），则尽可能推迟切机，运行人员可及时排除故障，避免切机。
阻抗元件电压取自发电机机端TV；电流取自发电机机端或中性点TA。
高压侧电压取自主变高压侧TV。
励磁电压取自发电机转子。
保护逻辑
图8-1发电机失磁保护出口逻辑
图8-2失磁保护阻抗边界特性
图8-.3失磁保护转子低电压动作特性
定值整定
定值名称
定值符号
定值范围
定值
单位
出口方式
高压侧低电压定值
Uhl
30~100
80
V
————
阻抗圆心
Xc
0~100
-17.55
Ω
————
阻抗半径
Xr
0~100
19.32
Ω
————
转子低电压定值
Vfd1
0~600
45
V
————
转子低电压判据系数
Kfd
0.01~3
0.4
————
反应功率
Pt
0~600
0
W
————
动作时间
t0
————
动作时间
t1
0.1~1500
8分钟
S
解列
动作时间
t2
0.1~50
1.5
S
切换厂用
动作时间
t3
0.1~50
4
S
解列
八、失磁保护（DGT801——C）
保护原理
正常运行时，若用阻抗复平面表示机端测量阻抗，则阻抗的轨迹在第一象限（滞相运行）或第四象限（进相运行）内。
发电机失磁后，机端测量阻抗的轨迹将沿着等有功阻抗园进入异步边界园内。
失磁还可能进一步导致机端电压下降或系统电压下降。
阻抗型失磁保护，通常由阻抗判据（
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